MSP430FR687x(1) 混合信号微控制器：低功耗与高性能的完美结合

在电子工程师的设计世界里，寻找一款既具备低功耗特性，又能提供高性能的微控制器是一项重要任务。MSP430FR687x(1) 混合信号微控制器就是这样一款值得关注的产品，今天我们就来详细了解一下它。

文件下载：MSP430FR6887IPZR.pdf

一、设备概述

1.1 特性亮点

• 嵌入式微控制器：采用 16 位 RISC 架构，最高时钟频率可达 16 MHz，工作电压范围宽，从 3.6 V 到 1.8 V，不过最小供电电压受 SVS 电平限制。这种架构和电压范围的设计，使得它在不同的应用场景中都能稳定工作。
• 优化的超低功耗模式：不同模式下的功耗表现十分出色。
  • 活动模式下，大约为 100 µA/MHz。
  • 待机（LPM3 搭配 VLO）模式典型值为 0.4 µA。
  • 实时时钟（RTC）在 LPM3.5 模式下典型值为 0.35 µA。
  • 关机（LPM4.5）模式典型值仅 0.02 µA。如此低的功耗，对于那些对电池续航要求高的应用来说，无疑是一个绝佳的选择。
• 超低功耗铁电随机存取存储器（FRAM）：
  • 拥有高达 128KB 的非易失性存储器，且写入功耗超低。
  • 写入速度快，每字 125 ns，写入 64KB 仅需 4 ms。
  • 统一的内存空间，集程序、数据和存储于一体，并且具有 (10^{15}) 次写入循环耐久性，还具备抗辐射和非磁性的特性。
• 智能数字外设：配备 32 位硬件乘法器（MPY）、三通道内部直接内存访问（DMA）、带日历和闹钟功能的 RTC、五个 16 位定时器（每个最多有 7 个捕获/比较寄存器）以及 16 位和 32 位循环冗余校验器（CRC16、CRC32），这些外设为各种复杂的应用提供了强大的支持。
• 高性能模拟：
  • 16 通道模拟比较器。
  • 12 位模数转换器（ADC），带有内部参考和采样保持功能，最多可连接 16 个外部输入通道。
  • 集成 LCD 驱动器，可控制多达 320 个段，并具备对比度控制功能。
• 多功能输入/输出端口：
  • P1 到 P10 和 PJ 引脚无需外部组件即可支持电容式触摸功能。
  • 支持按位、字节和字（成对）访问。
  • P1、P2、P3 和 P4 端口可选择边沿唤醒低功耗模式。
  • 所有端口都可编程上拉和下拉。
• 代码安全：提供真正的随机数种子，用于随机数生成算法，保障代码的安全性。
• 增强的串行通信：
  • eUSCI_A0 和 eUSCI_A1 支持 UART（带自动波特率检测）、IrDA 编码和解码以及 SPI。
  • eUSCI_B0 和 eUSCI_B1 支持 I2C（多从机寻址）和 SPI，还具备硬件 UART 和 I2C 引导加载器（BSL）。
• 灵活的时钟系统：
  • 固定频率 DCO 有 10 种可选的工厂校准频率。
  • 低功耗低频内部时钟源（VLO）。
  • 32 - kHz 晶体（LFXT）和高频晶体（HFXT）。

1.2 应用领域

MSP430FR687x(1) 适用于多种应用场景，如水表、热量表、热成本分配器、便携式医疗仪表以及数据记录等。这些应用通常对功耗和性能都有较高的要求，而该微控制器正好能够满足这些需求。

1.3 产品描述

MSP430™ 超低功耗（ULP）FRAM 平台将独特的嵌入式 FRAM 和整体超低功耗系统架构相结合，让创新者能够在降低能源预算的同时提高性能。FRAM 技术融合了 SRAM 的速度、灵活性和耐久性，以及闪存的稳定性和可靠性，并且功耗更低。该系列产品包含多种设备，具备 FRAM、ULP 16 位 MSP430 CPU 和智能外设，适用于各种应用。其 ULP 架构拥有七种低功耗模式，可在能源受限的应用中延长电池寿命。

1.4 功能框图

文档中给出了 MSP430FR687x 和 MSP430FR687x1 的功能框图，通过该图可以直观地了解微控制器的内部结构和各个模块之间的连接关系，这对于工程师进行系统设计和调试非常有帮助。

二、修订历史

文档记录了从 2017 年 3 月 10 日到 2018 年 8 月 29 日的修订内容，包括更新相关产品信息、修改 SVS 表格注释、调整 ADC12_B 接地和噪声考虑图中的电容值以及更新设备命名部分的文本和图形等。这些修订反映了产品的不断优化和改进，工程师在使用该产品时需要关注这些变化，以确保设计的准确性和稳定性。

三、设备比较

3.1 家族成员对比

文档通过表格对比了不同型号的家族成员，包括 MSP430FR6879、MSP430FR6877 和 MSP430FR68791，涉及 FRAM 容量、SRAM 容量、时钟系统、定时器、eUSCI、AES、ADC12_B、LCD_C、I/O 以及封装类型等方面。工程师可以根据具体的设计需求，选择最合适的型号。

3.2 相关产品

提供了关于该系列其他产品或相关产品的信息链接，包括 TI 16 位和 32 位微控制器、MSP430 超低功耗传感和测量微控制器产品、MSP430 超声波和性能传感微控制器产品等。同时，还介绍了与 MSP430FR6879 配套的产品以及参考设计，这些资源可以帮助工程师拓展设计思路，加快产品开发进程。

四、终端配置和功能

4.1 引脚图

给出了 100 引脚 PZ 封装和 80 引脚 PN 封装的 MSP430FR687x 和 MSP430FR687x1 的引脚图，并标注了不同模式下的特殊引脚功能，如 UART BSL 和 I2C BSL 模式下的引脚定义。这对于硬件工程师进行电路板设计至关重要，能够确保引脚的正确连接。

4.2 信号描述

详细描述了每个引脚的功能，包括通用数字 I/O、各种通信接口（如 SPI、UART、I2C）的信号、定时器的输入输出信号、LCD 相关信号以及模拟输入输出信号等。工程师在进行电路设计和编程时，需要根据这些信号描述来正确配置和使用各个引脚。

总结

MSP430FR687x(1) 混合信号微控制器凭借其丰富的特性、低功耗的优势以及广泛的应用领域，为电子工程师提供了一个强大而灵活的设计平台。在实际应用中，工程师可以根据具体需求，充分利用其各种功能，设计出高性能、低功耗的电子产品。你在使用类似微控制器时，有没有遇到过一些特殊的挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。